DE60006176T2 - Glass composition, glass object reinforced by ion exchange and process for its manufacture - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glaszusammensetzung, die durch Erhitzen erweicht und in diesem Zustand gepreßt werden kann und die chemisch durch Alkaliionenaustausch verstärkt ist. Solch eine Glaszusammensetzung ist geeignet zum Erhalt von Glasgegenständen, wie optisches Glas von Linsen und kompaktes Substratglas. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Substratglas für Aufzeichnungsmedien von Information, das geeignet zur Verwendung als magnetisches Aufzeichnungsmedium und so weiter ist. Tatsächlich wird dieses Substratglas durch Pressen und dann durch chemische Verstärkung hergestellt.The present invention relates to a glass composition that softens by heating and in this Condition pressed can be and which is chemically enhanced by alkali ion exchange. Such a glass composition is suitable for obtaining glass objects such as optical glass of lenses and compact substrate glass. The present In particular, the invention relates to a substrate glass for recording media of information suitable for use as a magnetic recording medium and so on. Indeed this substrate glass is pressed and then chemical reinforcement manufactured.
Von Substratglas für Aufzeichnungsmedien von Information wird zum Beispiel gefordert, daß es leicht bei einer Temperatur geschmolzen werden kann, die vergleichbar oder niedriger als die von Natron-Kalk-Silica-Glas ist, daß es eine Erweichungstemperatur hat, die niedriger als die von Natron-Kalk-Silica-Glas ist, daß es leicht gepreßt werden kann und die Bildung von feinen Oberflächen erlaubt, die der Preßform folgen, daß es bruchfest ist als Folge eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der ähnlich wie derjenige der Preßform ist und daß es einen hohen Grad an so genannter chemischer Verstärkung durch Alkaliionenaustausch hat.From substrate glass for recording media For example, information is required to be easily at a temperature can be melted, the comparable or lower than that Of soda-lime-silica glass is that it has a softening temperature that is lower than that of soda-lime-silica glass that it can be easily pressed can and allows the formation of fine surfaces that follow the mold, that it is unbreakable as a result of a coefficient of thermal expansion, the similar like that of the mold is and that it is a high degree of so-called chemical reinforcement Has alkali ion exchange.
Obwohl es in der Vergangenheit üblich war, nach einem Verfahren zum Schleifen von durch Pressen geformtem Glas zu suchen, um Oberflächenglätte zu erreichen, ist Schleifen darüber hinaus nicht bevorzugt, da es beträchtliche Zeit erfordert und Schwierigkeiten und hohe Kosten verursacht. Obwohl es auch Beispiele gab, die die Bildung einer glatten Oberfläche durch das Floatverfahren empfahlen, obwohl das Floatverfahren für die großvolumige Herstellung von relativ großem Glas, wie Fensterglas, geeignet ist, ist es nicht zur Herstellung kleiner, genauer Substrate geeignet, wie Substraten für Aufzeichnungsmedien von Information.Although it was common in the past, according to a method for grinding pressed glass to look for surface smoothness, is grinding over it not preferred because it takes considerable time and Difficulties and high costs. Although there were examples, which is the formation of a smooth surface by the float process recommended, although the float process for the large-volume production of relative great Glass, such as window glass, is not suitable for production smaller, more accurate substrates, such as substrates for recording media of information.
Obwohl die Beschreibung des US-Patents Nr. 4 156 755 ein SiO2-Al2O3-Li2O-Na2O Glas offenbart, das zusätzlich ZrO2 enthält und durch Ionenaustausch verstärkt ist, hat dieses Glas einen extrem hohen Gehalt an Al2O3 und ZrO2, hat hohe Schmelzund Formtemperaturen und weist Probleme auf, was die Leichtigkeit des Schmelzens und die Formbarkeit betrifft (insbesondere beim Preßformen).Although the description of U.S. Patent No. 4,156,755 discloses a SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O-Na 2 O glass which additionally contains ZrO 2 and is reinforced by ion exchange, this glass has an extremely high content Al 2 O 3 and ZrO 2 , has high melting and molding temperatures and has problems in terms of ease of melting and moldability (especially in press molding).
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 10-1329 offenbart eine Glaszusammensetzung für die chemische Verstärkung und einen chemisch verstärkten Glasgegenstand, die SiO2-Al2O3-Li2O-Na2O-CaO enthält, kein ZrO2 enthält und für das Floatverfahren geeignet ist. In dieser Veröffentlichung wird kein Preßformen erwähnt, und sowohl die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufweist, als auch die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 104 Poise aufweist, sind hoch. Infolge der Abwesenheit von ZrO2, das als eine Komponente bekannt ist, um dem Glas ausgezeichnete Wasserfestigkeit und Wetterbeständigkeit zu verleihen, wird zusätzlich angenommen, daß es schwierig ist, Wasserfestigkeit und Wetterbeständigkeit zu genügen.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-1329 discloses a glass composition for chemical reinforcement and a chemically reinforced glass article containing SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O-Na 2 O-CaO, containing no ZrO 2 and for the float process suitable is. No press molding is mentioned in this publication, and both the temperature at which the glass has a viscosity of 10 2 poise and the temperature at which the glass has a viscosity of 10 4 poise are high. In addition, due to the absence of ZrO 2 , which is known as a component to give the glass excellent water resistance and weather resistance, it is believed that it is difficult to satisfy water resistance and weather resistance.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 5-32431 offenbart ein Glas, das einer chemischen Verstärkung zu unterwerfen ist und SiO2, Al2O3, Li2O, Na2O und ZrO2 enthält, sowie ein daraus hergestelltes chemisch verstärktes Glas. In dieser Veröffentlichung sind die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufweist, die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 104 Poise aufweist, der Erweichungspunkt und ähnliches dieses Glases nicht beschrieben, das der chemischen Verstärkung zu unterwerfen ist. Da die ZrO2 Komponente in einem relativ hohen Bereich enthalten ist, besteht zusätzlich eine Tendenz, die Schmelztemperatur des Glases zu erhöhen und das Formen, insbesondere das Preßformen, zu erschweren.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-32431 discloses a glass to be subjected to chemical reinforcement and contains SiO 2 , Al 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O and ZrO 2 , and a chemically reinforced glass made therefrom. In this publication, the temperature at which the glass has a viscosity of 10 2 poise, the temperature at which the glass has a viscosity of 10 4 poise, the softening point and the like of this glass, which is to be subjected to chemical amplification, are not described , In addition, since the ZrO 2 component is contained in a relatively high range, there is a tendency to increase the melting temperature of the glass and to make molding, particularly press molding, more difficult.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 10-158028 offenbart ein Glassubstrat für Magnetplatten, das SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, RO und ZrO2 enthält, wobei RO MgO, CaO, SrO oder BaO ist, und kratzfest sowie für das Floatverfahren geeignet ist. Ein Preßformen dieses Glases wird in dieser Veröffentlichung nicht erwähnt, und die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufweist, sowie die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 104 aufweist, sind beide hoch. Da der K2O Gehalt relativ hoch im Vergleich zum Na2O Gehalt ist, wird angesichts der Tatsache, daß die Natriumkomponente in dem Glas durch das geschmolzene Kaliumsalz dem Ionenaustausch unterliegt, zusätzlich angenommen, daß ein effizienter Ionenaustausch schwierig ist.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-158028 discloses a magnetic disk glass substrate containing SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, RO and ZrO 2 , where RO is MgO, CaO, SrO or BaO, and is scratch-resistant and suitable for the float process. No press molding of this glass is mentioned in this publication, and the temperature at which the glass has a viscosity of 10 2 poise and the temperature at which the glass has a viscosity of 10 4 are both high. In addition, since the K 2 O content is relatively high compared to the Na 2 O content, considering that the sodium component in the glass is ion exchanged by the molten potassium salt, it is believed that an efficient ion exchange is difficult.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 11-199267 offenbart ein Glassubstrat für Magnetplatten, das im wesentlichen aus SiO2, Al2O3, Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, ZrO2 und TiO2 besteht.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-199267 discloses a glass substrate for magnetic disks consisting essentially of SiO 2 , Al 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, ZrO 2 and TiO 2 .
Es gab insbesondere Fälle im Stand der Technik, bei denen Probleme bezüglich der Formbarkeit einschließlich der Leichtigkeit des Schmelzens und des Preßformens, ungenügender Wetterbeständigkeit, Feuchtigkeitsfestigkeit und Wasserfestigkeit bestanden oder die nicht in der Lage waren, chemisch durch Ionenaustausch verstärkt zu werden.There were particularly cases in the state the art, which has problems related to formability including Ease of melting and compression molding, insufficient weather resistance, moisture resistance and water resistance or who were unable to to be chemically amplified by ion exchange.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lithium-Natrium-Aluminosilicat-Glaszusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die fähig ist, einen durch Ionenaustausch verstärkten Glasgegenstand durch Pressen und anschließenden Alkaliionenaustausch zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to provide a lithium sodium aluminosilicate glass composition which is capable of counteracting an ion exchange reinforced glass was created by pressing and subsequent alkali ion exchange.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen durch Ionenaustausch verstärkten Glasgegenstand zur Verfügung zu stellen.It is another object of the present Invention, such a glass object reinforced by ion exchange to disposal to deliver.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen durch Ionenaustausch verstärkten Glasgegenstands zur Verfügung zu stellen.It is another object of the present Invention, a method for producing such by ion exchange increased Glass item available to deliver.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Natrium-Aluminosilicat-Glaszusammensetzung geschaffen mit, ausgedrückt ein Gewichtsprozenten, 58–66% SiO2, 7–15% Al2O3, 4–7% Li2O, 10–15% Na2O, 0–3% K2O, 0–4% MgO, 0–4% CaO, 0–2% SrO, 1–10% BaO, 0–5% TiO2 und 1–6% ZrO2; einem Erweichungspunkt von 700°C oder darunter; einer ersten Temperatur, bei der die Glaszusammensetzung eine Viskosität von 102 Poise aufweist, wobei die erste Temperatur 1450°C oder weniger beträgt; einer zweiten Temperatur, bei der die Glaszusammensetzung eine Viskosität von 104 Poise aufweist, wobei die zweite Temperatur 1000°C oder weniger beträgt; und einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 30°C und einer Glasübergangstemperatur der Glaszusammensetzung, der in einem Bereich von 90 × 10–7/°C bis 130 × 10–7/°C liegt.According to the present invention there is provided a lithium sodium aluminosilicate glass composition with, by weight percent, 58-66% SiO 2 , 7-15% Al 2 O 3 , 4-7% Li 2 O, 10-15% Na 2 O, 0-3% K 2 O, 0-4% MgO, 0-4% CaO, 0-2% SrO, 1-10% BaO, 0-5% TiO 2 and 1-6% ZrO 2 ; a softening point of 700 ° C or below; a first temperature at which the glass composition has a viscosity of 10 2 poise, the first temperature being 1450 ° C or less; a second temperature at which the glass composition has a viscosity of 10 4 poise, the second temperature being 1000 ° C or less; and an average coefficient of thermal expansion between 30 ° C and a glass transition temperature of the glass composition which is in a range from 90 x 10 -7 / ° C to 130 x 10 -7 / ° C.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein durch Ionenaustausch verstärkter Glasgegenstand geschaffen, der aus der Glaszusammensetzung durch ein Verfahren hergestellt wird. Dieses Verfahren umfaßt (a) Bereitstellung der Glaszusammensetzung; (b) Pressen der Glaszusammensetzung bei dem Erweichungspunkt, um dadurch einen Vorläufer des Glasgegenstands zu erhalten; und (c) Kontaktieren des Vorläufers mit einem geschmolzenen Salz, das ein Kaliumsalz enthält, um dadurch eine Verstärkung durch einen Alkaliionenaustausch durchzuführen.According to the present invention a glass object reinforced by ion exchange is created, made from the glass composition by a process becomes. This procedure includes (a) Providing the glass composition; (b) pressing the glass composition at the softening point to thereby make a precursor of the glass article receive; and (c) contacting the precursor with a molten one Salt containing a potassium salt to reinforce it by performing an alkali ion exchange.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die Glaszusammensetzung der Erfindung kann leicht geschmolzen werden, kann leicht durch Pressen geformt werden, erlaubt die Bildung von feinen Oberflächen, die genau der Preßform folgen, ist bruchfest durch genaue Annäherung an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Preßform und kann zu einem hohen Grad durch Alkaliionenaustausch verstärkt werden und schafft insbesondere ein Substratglas für Aufzeichnungsmedien von Information, das vorzugsweise als ein magnetisches Aufzeichnungsmedium und so weiter verwendet werden kann.The glass composition of the invention can be easily melted, can be easily molded by pressing allows the formation of fine surfaces that exactly follow the mold, is unbreakable due to exact approximation the thermal expansion coefficient of the mold and can be enhanced to a high degree by alkali ion exchange and in particular creates a substrate glass for information recording media, preferably as a magnetic recording medium and so can continue to be used.
Eine gepreßte Glaszusammensetzung (d. h. ein Vorläufer eines durch Ionenaustausch verstärkten Glasgegenstands) der vorliegenden Erfindung wird in zwei Stufen hergestellt, zuerst durch Schmelzen, Läuterung und Homogenisierung der Glasrohmaterialien, Herstellen eines vorgeformten Glases mit einer Form, die der Zielform angenähert ist, zum Beispiel indem das resultierende geschmolzene Glas in Formen gegossen wird, und dann Wiedererhitzen dieses vorgeformten Glases und Zuführen zum Preßformen. Alternativ kann die erfindungsgemäße gepreßte Glaszusammensetzung in einer kontinuierlichen Arbeitsweise hergestellt werden zuerst durch Herstellen des oben genannten vorgeformten Glases und, während es noch heiß ist, Zuführen zum Preßformen nach geringer Anpassung der Temperatur.A pressed glass composition (i.e. H. a forerunner a glass object reinforced by ion exchange) The present invention is manufactured in two stages, first by melting, refining and homogenizing the glass raw materials, making a preformed one Glass with a shape that approximates the target shape, for example by the resulting molten glass is poured into molds, and then reheat this preformed glass and feed it to the Molds. Alternatively, the pressed glass composition of the invention can be in a continuous way of working are first produced by Making the above pre-shaped glass and while it is still hot Feed to molds after slight adjustment of the temperature.
Wenn das Glas eine Viskosität von 102 Poise während seines Schmelzens aufweist, erreicht das Glas eine extrem hohe Fluidität. Dies ist für das Schmelzen und Homogenisieren des Glases vorteilhaft. Daher wird die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufweist, auch als Schmelztemperatur bezeichnet. Übliche Natron-Kalk-Silica-Gläser werden als leicht schmelzend angesehen, und die Temperatur, bei der diese Gläser eine Viskosität von 102 Poise aufweisen, liegt im Bereich von 1400–1450°C. Ähnlich beträgt die Temperatur, bei der die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung eine Viskosität von 102 Poise aufweist, 1450°C oder weniger.If the glass has a viscosity of 10 2 poise during its melting, the glass achieves extremely high fluidity. This is advantageous for melting and homogenizing the glass. Therefore, the temperature at which the glass has a viscosity of 10 2 poise is also referred to as the melting temperature. Conventional soda-lime-silica glasses are considered to be slightly melting, and the temperature at which these glasses have a viscosity of 10 2 poise is in the range of 1400-1450 ° C. Similarly, the temperature at which the glass composition of the present invention has a viscosity of 10 2 poise is 1450 ° C or less.
Bezüglich der Temperatur für das oben genannte Vorformen, nämlich der Arbeitstemperatur, ist eine Glasviskosität von 104 Poise die Viskosität, die als Index dient, was das Warmformen der Glaszusammensetzung zu einer Platten- oder Behälterform und so weiter betrifft, und dies gilt auch für das Vorformen in der vorliegenden Erfindung. Die oben genannte Temperatur, bei der übliche Natron-Kalk-Silica-Gläser eine Viskosität von 104 Poise aufweisen, beträgt ungefähr 1000°C. Ähnlich beträgt die Temperatur, bei der die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung eine Viskosität von 104 Poise aufweist, 1000°C oder weniger.Regarding the temperature for the above-mentioned preforming, namely the working temperature, a glass viscosity of 10 4 poise is the viscosity that serves as an index for thermoforming the glass composition into a plate or container shape and so on, and this also applies to that Preforms in the present invention. The above-mentioned temperature, at which the usual soda-lime-silica glasses have a viscosity of 10 4 poise, is approximately 1000 ° C. Similarly, the temperature at which the glass composition of the present invention has a viscosity of 10 4 poise is 1000 ° C or less.
In der Erfindung ist das Grundmaterial einer Preßform für das Preßformen vorzugsweise ein Material mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Beispiele für ein solches Material umfassen legierten Stahl (z. B. Austenitstahl), Cermet (z. B. auf TiC-Mo-Ni basierendes Cermet), Keramiken (z. B. Aluminiumoxid und Zirkondioxid) und hitzebeständiges Glas (z. B. Aluminosilicatglas, wie Calcium-Aluminosilicat-Glas). Das Grundmaterial einer Preßform wird in die gewünschte Form und optische Fläche gebracht und poliert. Dann wird die Oberfläche der Preßform mit einem thermisch und chemisch beständigen dünnen Film beschichtet, der die durch Hitze erweichte Glaszusammensetzung an dem Film haften läßt. Der dünne Film ist vorzugsweise gegen Korrosion beständig, die durch die durch Hitze erweichte Glaszusammensetzung verursacht wird. Der Film kann ein Edelmetallfilm, ein Wolframfilm, ein Tantalfilm, ein Film aus einer Legierung dieser Metalle sein und kann zum Beispiel durch Sputtering gebildet werden. Üblicherweise wird die Oberfläche des gepreßten Glases poliert, nachdem es seine optische Fläche erhalten hat. Im Gegensatz dazu kann die gewünschte optische Fläche durch Ausführen des oben genannten Verfahrens erhalten werden ohne einen Polierschritt.In the invention, the base material of a press mold for press molding is preferably a material having excellent heat resistance and wear resistance. Examples of such a material include alloy steel (e.g. austenite steel), cermet (e.g. cermet based on TiC-Mo-Ni), ceramics (e.g. aluminum oxide and zirconium dioxide) and heat-resistant glass (e.g. Aluminosilicate glass, such as calcium aluminosilicate glass). The base material of a press mold is brought into the desired shape and optical surface and polished. The surface of the die is then coated with a thermally and chemically resistant thin film which adheres the heat-softened glass composition to the film. The thin film is preferably resistant to corrosion caused by the heat-softened glass composition. The film may be a noble metal film, a tungsten film, a tantalum film, an alloy of these metals and may be formed by sputtering, for example. Usually the surface of the pressed glass after it has received its optical surface. In contrast, the desired optical surface can be obtained by performing the above-mentioned method without a polishing step.
Natürlich ist es bevorzugt, daß die Glaszusammensetzung zum Preßformen geeignete thermische Eigenschaften und andere charakteristische Merkmale aufweist, um die oben genannte optische Fläche zu erhalten, und darüber hinaus ist es auch bevorzugt, für die Durchführung der chemischen Verstärkung mittels Ionenaustausch geeignete charakteristische Merkmale zu haben.Of course, it is preferred that the glass composition for press molding suitable thermal properties and other characteristic Features in order to obtain the optical surface mentioned above, and above in addition, it is also preferred for the implementation chemical amplification to have suitable characteristic features by means of ion exchange.
Die Viskosität der Glaszusammensetzung beim Preßformen wird vorzugsweise auf einen Bereich von 107,6–1012 Poise und bevorzugter in die Nähe von 1010 Poise eingestellt. Tatsächlich entsprechen 107,6 Poise dem Erweichungspunkt der Glaszusammensetzung. Mit anderen Worten, die Glaszusammensetzung weist eine Viskosität von 107,6 Poise bei ihrem Erweichungspunkt auf. Falls die Viskosität niedriger als 107,6 Poise beträgt, kann das Glas leicht an der Oberfläche der Preßform hängenbleiben und kann nicht leicht getrennt werden. Dies kann zu einer größeren Anfälligkeit für ein Zerbrechen des Glases während seiner Trennung von der Preßform führen. Zusätzlich kann die Presse schnell verschleißen. Bei einer Viskosität von über 1012 Poise kann es für die Glaszusammensetzung schwierig werden, an der Oberfläche der Preßform zu haften. Dadurch kann es schwierig werden, eine optische Fläche zu erhalten, die genau der Oberfläche der Preßform folgt.The viscosity of the glass composition in press molding is preferably set in the range of 10 7.6 -10 12 poise, and more preferably in the vicinity of 10 10 poise. In fact, 10 7.6 poise corresponds to the softening point of the glass composition. In other words, the glass composition has a viscosity of 10 7.6 poise at its softening point. If the viscosity is less than 10 7.6 poise, the glass can easily stick to the surface of the mold and cannot be easily separated. This can increase the susceptibility to breakage of the glass during its separation from the mold. In addition, the press can wear out quickly. If the viscosity exceeds 10 12 poise, the glass composition may find it difficult to adhere to the surface of the mold. This can make it difficult to obtain an optical surface that exactly follows the surface of the mold.
Was die Temperatur während des oben genannten Preßformens angeht, kann die optische Fläche anfällig gegen Beschädigung durch Verschleiß sein, wenn das Pressen wiederholt bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, obwohl das oben genannte Preßgrundmaterial und der dünne Film ansgezeichnete Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen mögen. Die Temperatur, bei der ein übliches Natron-Kalk-Silica-Glas eine Viskosität von 107,6 Poise (Erweichungspunkt) aufweist, ist in der Größenordnung von 720– 740°C. Im Gegensatz dazu, sind 700°C oder weniger für die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung bevorzugt. Außerdem ist sie bevorzugt 600°C oder niedriger in der Erfindung bei einer bevorzugteren Viskosität von nämlich 1010 Poise.As for the temperature during the above press molding, the optical surface may be susceptible to damage from wear if the pressing is carried out repeatedly at high temperatures, although the above press base material and the thin film may have excellent heat resistance, wear resistance and corrosion resistance. The temperature at which a common soda-lime-silica glass has a viscosity of 10 7.6 poise (softening point) is of the order of 720-740 ° C. In contrast, 700 ° C or less are preferred for the glass composition of the present invention. In addition, it is preferably 600 ° C or lower in the invention with a more preferable viscosity of 10 10 poise.
Der Preßdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 98 N/cm2 bis 490 N/cm2 (10 kgf/cm2 bis 50 kgf/cm2, annähernd 1–5 MPa). Wenn der Preßdruck auf einen hohen Druck über 490 N/cm2 (50 kgf/cm2) erhöht wird, kann die Glaszusammensetzung anfällig für Rißbildung und Brechen werden oder die Presse selbst kann brechen. Wenn der Preßdruck auf einen niedrigen Druck unter 98 N/cm2 (10 kgf/cm2) erniedrigt wird, kann es schwierig werden, eine optische Fläche zu erhalten, die der Oberfläche der Preßform entspricht.The pressing pressure is preferably in the range from 98 N / cm 2 to 490 N / cm 2 (10 kgf / cm 2 to 50 kgf / cm 2 , approximately 1-5 MPa). If the compression pressure is increased to a high pressure above 490 N / cm 2 (50 kgf / cm 2 ), the glass composition may become susceptible to cracking and breaking, or the press itself may break. If the pressing pressure is lowered to a low pressure below 98 N / cm 2 (10 kgf / cm 2 ), it may become difficult to obtain an optical surface which corresponds to the surface of the mold.
Innerhalb der oben genannten Bereiche der Glasviskosität (Temperatur) und des Preßdrucks haftet das geformte Glas gut an der Preßform (dem dünnen Film). Daher kann eine optische Fläche erhalten werden, die genau der optischen Fläche des oben genannten Grundmaterials der Preßform entspricht.Within the above ranges the glass viscosity (Temperature) and the pressing pressure the molded glass adheres well to the mold (the thin film). Therefore, an optical surface be obtained, which is exactly the optical surface of the above-mentioned basic material the mold equivalent.
Es ist bevorzugt, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaszusammensetzung sich derjenigen der Preßform annähert. Daher wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersteren geeigneter Weise zwischen 90 × 10–7/°C und 120 × 10–7/°C als mittlerer Wert zwischen Raumtemperatur und der Glasübergangstemperatur eingestellt. Falls zum Beispiel die Preßform aus einem Material hergestellt ist, das aus hitzebeständigem Stahl und einer Mehrzahl von hitzebeständigen Keramiken ausgewählt ist, kann der thermische Ausdehnungskoeffizient ungefähr von 100 × 10–7/°C bis 120 × 10–7/°C betragen und im Fall von Calcium-Aluminosilicat-Glas ungefähr von 90 × 10–7/°C bis 100 × 10–7/°C.It is preferred that the coefficient of thermal expansion of the glass composition approximate that of the die. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the former is appropriately set between 90 × 10 -7 / ° C and 120 × 10 -7 / ° C as an average value between room temperature and the glass transition temperature. For example, if the die is made of a material selected from heat-resistant steel and a plurality of heat-resistant ceramics, the coefficient of thermal expansion can be approximately from 100 x 10 -7 / ° C to 120 x 10 -7 / ° C and im Case of calcium aluminosilicate glass approximately from 90 x 10 -7 / ° C to 100 x 10 -7 / ° C.
Die chemische Verstärkung durch Alkaliionenaustausch für die gepreßte Glaszusammensetzung kann ausgeführt werden durch Eintauchen des Glases in ein geschmolzenes Salz, das ein Kaliumsalz enthält, bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger als die Glasübergangstemperatur ist, bei der die thermische Verformung des Glases schwierig ist, und die gleich oder höher als der Schmelzpunkt des Natriumnitrats und/oder Kaliumnitrats ist, und durch Ausführen des Ionenaustausches während mehrerer Stunden. Ein Substratglas für Aufzeichnungsmedien von Information muß im allgemeinen eine Dreipunkt-Biegefestigkeit nach der chemischen Verstärkung von 1500 kgf/cm2 oder mehr (ungefähr 147 MPa oder mehr) haben. Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Erfindung ein Wert von 2000 kgf/cm2 oder mehr (ungefähr 196 MPa oder mehr) bevorzugt in Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Festigkeit und der Leichtigkeit, das Glassubstrat zu handhaben.Alkali ion exchange chemical amplification for the pressed glass composition can be carried out by immersing the glass in a molten salt containing a potassium salt at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature at which thermal deformation of the glass is difficult, and which is equal to or higher than the melting point of sodium nitrate and / or potassium nitrate, and by carrying out the ion exchange for several hours. A substrate glass for information recording media generally needs to have a three-point bending strength after chemical reinforcement of 1500 kgf / cm 2 or more (about 147 MPa or more). In contrast, in the present invention, a value of 2000 kgf / cm 2 or more (about 196 MPa or more) is preferable in view of further improving the strength and the ease of handling the glass substrate.
Wie oben angegeben, ist die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung ein Lithium-Natrium-Aluminosilicat-Glas und die Siliciumdioxidkomponente ist wesentlich zur Bildung des Glases. Obwohl die Aluminiumoxidkomponente auch zur Bildung des Glases zusammen mit der Siliciumdioxidkomponente ist, ist sie notwendig zur Erhöhung der Ionenaustauschrate während der chemischen Verstärkung und zur Verbesserung der Wasserfestigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung. Die Lithium- und Natriumkomponenten sind notwendig zur Erleichterung des Schmelzens der Glasrohmaterialien, und sie sind wirksam bei der Erniedrigung der Viskosität, des Erweichungspunkts und der Glasübergangstemperatur der Glaszusammensetzung bei hohen Temperaturen. Die Lithiumkomponente (Lithiumionen) insbesondere ist wesentlich zur Bildung einer verdichteten Oberflächenschicht in dem Glasgegenstand durch Ionenaustausch mit Natrium- und Kaliumionen mit größerem Ionendurchmesser, während die Natriumkomponente (Natriumionen) wesentlich zur Verstärkung ist, indem eine verdichtete Oberflächenschicht in dem Glasgegenstand gebildet wird durch Ionenaustausch mit Kaliumionen mit größerem Ionendurchmesser.As stated above, the glass composition according to the invention is a lithium sodium aluminosilicate glass and the silica component is essential to the formation of the glass. Although the alumina component also to form the glass together with the silicon dioxide component is, it is necessary to increase the ion exchange rate during chemical amplification and to improve the water resistance of the glass after chemical Gain. The lithium and sodium components are necessary for relief of melting the glass raw materials, and they are effective in lowering the viscosity, the softening point and the glass transition temperature of the glass composition at high temperatures. The lithium component (lithium ions) in particular is essential for the formation of a densified surface layer in the glass article by ion exchange with sodium and potassium ions with larger ion diameter, while the sodium component (sodium ions) is essential for strengthening, by adding a densified surface layer is formed in the glass article by ion exchange with potassium ions with larger ion diameter.
Die Glaszusammensetzung enthält BaO und ZrO2. BaO erleichtert das Schmelzen des Glases, während es auch die Viskosität, den Erweichungspunkt und die Glasübergangstemperatur des Glases bei hohen Temperaturen erniedrigt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases kann sich erhöhen, was zu einer schlechten Wasserfestigkeit und Wetterbeständigkeit führt, wenn die oben erwähnten Lithium-, Natrium- und anderen alkalischen Komponenten in dem Glas in größeren Mengen als erforderlich anwesend sind. Im Gegensatz dazu kann der thermische Ausdehnungskoeffizient richtig eingestellt werden durch Erniedrigen der Menge der alkalischen Komponenten und durch Einführen von BaO stattdessen, wodurch die Wasserfestigkeit und Wetterbeständigkeit verbessert werden. Außerdem ist ZrO2 wirksam bei der Erhöhung der Ionenaustauschrate während der chemischen Verstärkung, und es verbessert signifikant die Wasserfestigkeit und Wetterbeständigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung.The glass composition contains BaO and ZrO 2 . BaO facilitates melting of the glass, while also lowering the viscosity, softening point and glass transition temperature of the glass at high temperatures. The coefficient of thermal expansion of the glass can increase, resulting in poor water resistance and weather resistance when the above-mentioned lithium, sodium and other alkaline components are present in the glass in larger amounts than required. In contrast, the coefficient of thermal expansion can be properly adjusted by lowering the amount of the alkaline components and introducing BaO instead, thereby improving the water resistance and weather resistance. In addition, ZrO 2 is effective in increasing the rate of ion exchange during chemical amplification, and it significantly improves the water resistance and weather resistance of the glass after chemical amplification.
Die folgenden Komponenten sind in der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung enthalten. SiO2 ist die Hauptkomponente, die das Glas bildet und, ausgedrückt in Gewichtsprozent, im Bereich von 58–66% im Glas enthalten ist. Wenn der Gehalt an SiO2 geringer als 58% ist, kann die Glasbildung nicht länger einfach sein, eine Entglasung kann leicht auftreten, und die Wasserfestigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch kann schlechter sein. Wenn der SiO2 Gehalt 66% übersteigt, erhöht sich die Schmelztemperatur des Glases und die Formgebungstemperatur erhöht sich, um das Glas zu formen, einschließlich des Vorformens und insbesondere des Preßformens. Obwohl Al2O3 eine Komponente ist, die das Glas zusammen mit dem SiO2 bildet, ist sie notwendig zur Erhöhung der Ionenaustauschrate während der chemischen Verstärkung und zur Verbesserung der Wasserfestigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung. Al2O3 ist in der Glaszusammensetzung im Bereich von 7–15% enthalten. Wenn der Gehalt an Al2O3 niedriger als 7% ist, können die oben genannten vorteilhaften Wirkungen unzureichend werden. Wenn der Gehalt an Al2O3 15% übersteigt, erhöht sich die Glasviskosität und dadurch müssen die Temperaturen des Vorformens und des Preßformens erhöht werden. Zusätzlich dazu, daß Li2O zur Durchführung der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch wesentlich ist, ist es wesentlich zur Erleichterung des Schmelzens und Formens des Glases bei relativ niedrigen Temperaturen; es ist in dem Glas im Bereich von 4-7% enthalten. Wenn der Gehalt an Li2O niedriger als 4% ist, erhöhen sich die oben genannten Schmelzund Formungstemperaturen. Wenn der Gehalt an Li2O 7% übersteigt, erniedrigt sich die Glasviskosität mehr als erforderlich ist, und die Wasserfestigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch kann schlecht werden. Ähnlich wie Li2O ist Na2O wichtig zur Durchführung der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch, und es erleichtert das Schmelzen und Formen des Glases. Zusätzlich kann es preiswerter erhalten werden als andere Rohmaterialien der Alkalimetallkomponenten. Na2O ist in dem Glas im Bereich von 10–15% enthalten. Wenn der Gehalt an Na2O geringer als 10% ist, steigt die Glasviskosität an und dadurch müssen die oben genannten Schmelz- und Formgebungstemperaturen erhöht werden. Wenn der Gehalt an Na2O 15% übersteigt, erniedrigt sich die Glasviskosität unter diejenige, die erforderlich ist, und die Wasserfestigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch kann schlecht werden. K2O wird geeigneter Weise so eingeführt, wie es für die Erhöhung der Glasschmelzbarkeit und für die Einstellung der Viskosität und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases notwendig ist. Außerdem, wenn der Gehalt an K2O in dem Glas 3% übersteigt, kann der thermische Ausdehnungskoeffizient übermäßig groß werden, was die Glasviskosität niedriger als erforderlich werden läßt. Folglich beträgt der Gehalt an K2O in dem Glas 3% oder weniger. MgO wird geeigneter Weise so eingeführt, wie es für die Erhöhung der Glasschmelzbarkeit und für die Einstellung der Viskosität und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases notwendig ist. Ähnlich wie CaO bietet MgO den Vorteil, daß es preiswerter erhalten werden kann als die Rohmaterialien der Alkalimetallkomponenten. Da jedoch die Ionenaustauschrate erniedrigt wird, wenn MgO über 4% in dem Glas enthalten ist, beträgt der Gehalt an MgO 4% oder weniger. CaO ist auch eine Komponente, die geeigneter Weise so eingeführt wird, wie es für die Erhöhung des Glasschmelzbarkeit und für die Einstellung von Viskosität und thermischem Ausdehnungskoeffizienten des Glases notwendig ist. Außerdem, da die Ionenaustauschrate erniedrigt wird, wenn CaO über 4% in dem Glas enthalten ist, beträgt der Gehalt an CaO 4% oder weniger. BaO ist eine Komponente, die zur Erhöhung der Glasschmelzbarkeit und zur Erniedrigung der Flüssigphasentemperatur des Glases wirksam ist. Zusätzlich erniedrigt BaO die Formgebungstemperatur und erleichtert die Formung, ohne den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases übermäßig zu erhöhen, verglichen mit den Alkalimetallkomponenten, wie Na2O und K2O. Außerdem verschlechtert BaO nicht die Wasserfestigkeit, verglichen mit den oben genannten Alkalimetallkomponenten. BaO ist in dem Glas im Bereich von 1–10% enthalten. Wenn der Gehalt von BaO unter 1% liegt, können die oben genannten Funktionen und vorteilhaften Wirkungen unzureichend. werden. Es besteht keine Notwendigkeit, daß BaO über 10% enthalten ist, im Gegenteil neigt solch ein Gehalt von BaO dazu, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases zu erhöhen. TiO2 ist eine Komponente, die geeigneter Weise enthalten ist zur Einstellung der Viskosität und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases oder zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit des Glases nach der chemischen Verstärkung durch Ionenaustausch. Die Glasviskosität kann jedoch zu stark ansteigen, was zu schlechtem Schmelzen und schlechter Formbarkeit des Glases führt, wenn der Gehalt an TiO2 in dem Glas 5% übersteigt. Daher beträgt der Gehalt an TiO2 5% oder weniger. ZrO2 dient zur Erhöhung der Ionenaustauschrate und zur Verbesserung der Wasserfestigkeit nach dem Ionenaustausch, und es ist in dem Glas im Bereich von 1–6% enthalten. Wenn der Gehalt an ZrO2 geringer als 1% ist, können seine Funktionen und vorteilhaften Wirkungen unzureichend werden. Der 6% übersteigende Gehalt an ZrO2 ist nicht geeignet, da die Glasviskosität ansteigt und die Schmelz- und Formgebungstemperatur sich erhöht.The following components are contained in the glass composition according to the invention. SiO 2 is the main component that forms the glass and is contained in the glass in the range of 58-66% in terms of weight percent. If the SiO 2 content is less than 58%, glass formation can no longer be easy, devitrification can easily occur, and the water resistance of the glass after chemical enhancement by ion exchange can be poor. When the SiO 2 content exceeds 66%, the melting temperature of the glass increases and the molding temperature increases to shape the glass, including preforming and particularly press molding. Although Al 2 O 3 is a component that forms the glass together with the SiO 2 , it is necessary to increase the ion exchange rate during chemical amplification and to improve the water resistance of the glass after chemical amplification. Al 2 O 3 is contained in the glass composition in the range of 7-15%. If the Al 2 O 3 content is less than 7%, the above-mentioned advantageous effects may become insufficient. If the Al 2 O 3 content exceeds 15%, the glass viscosity increases and thereby the temperatures of the preforming and the press molding must be increased. In addition to being essential for performing chemical enhancement by ion exchange, Li 2 O is essential to facilitate melting and molding of the glass at relatively low temperatures; it is contained in the glass in the range of 4-7%. If the Li 2 O content is less than 4%, the above melting and molding temperatures increase. If the Li 2 O content exceeds 7%, the glass viscosity lowers more than necessary, and the water resistance of the glass after chemical enhancement by ion exchange may become poor. Similar to Li 2 O, Na 2 O is important for performing chemical enhancement through ion exchange and it facilitates melting and shaping of the glass. In addition, it can be obtained cheaper than other raw materials of the alkali metal components. Na 2 O is contained in the glass in the range of 10-15%. If the Na 2 O content is less than 10%, the glass viscosity increases and the melting and molding temperatures mentioned above must be increased. If the Na 2 O content exceeds 15%, the glass viscosity drops below that which is required, and the water resistance of the glass after chemical enhancement by ion exchange may become poor. K 2 O is introduced in a suitable manner as is necessary for increasing the glass meltability and for adjusting the viscosity and the coefficient of thermal expansion of the glass. In addition, if the K 2 O content in the glass exceeds 3%, the thermal expansion coefficient may become excessively large, making the glass viscosity lower than necessary. As a result, the content of K 2 O in the glass is 3% or less. MgO is suitably introduced as necessary for increasing the glass meltability and for adjusting the viscosity and the coefficient of thermal expansion of the glass. Similar to CaO, MgO has the advantage that it can be obtained cheaper than the raw materials of the alkali metal components. However, since the ion exchange rate is lowered when MgO is more than 4% in the glass, the MgO content is 4% or less. CaO is also a component that is appropriately introduced as necessary for increasing glass meltability and for adjusting the viscosity and coefficient of thermal expansion of the glass. In addition, since the ion exchange rate is lowered when CaO is more than 4% in the glass, the CaO content is 4% or less. BaO is a component that is effective for increasing the glass meltability and for lowering the liquid phase temperature of the glass. In addition, BaO lowers the molding temperature and facilitates molding without excessively increasing the thermal expansion coefficient of the glass compared to the alkali metal components such as Na 2 O and K 2 O. In addition, BaO does not deteriorate the water resistance compared to the above-mentioned alkali metal components. BaO is contained in the glass in the range of 1-10%. If the BaO content is less than 1%, the above functions and beneficial effects may be insufficient. become. There is no need for BaO to be in excess of 10%, on the contrary, such BaO content tends to increase the coefficient of thermal expansion of the glass. TiO 2 is a component that is suitably contained for adjusting the viscosity and the thermal expansion coefficient of the glass or for improving the chemical resistance of the glass after chemical reinforcement by ion exchange. However, the glass viscosity may increase too much, resulting in poor melting and poor formability of the glass if the TiO 2 content in the glass exceeds 5%. Therefore, the TiO2 content is 5% or less. ZrO 2 serves to increase the ion exchange rate te and to improve water resistance after ion exchange, and it is contained in the glass in the range of 1-6%. If the ZrO 2 content is less than 1%, its functions and beneficial effects may become insufficient. The ZrO 2 content exceeding 6% is not suitable since the glass viscosity increases and the melting and shaping temperature increases.
Eine erste Glaszusammensetzung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält 58–65% SiO2; 10–15% Al2O3, 4–6% Li2O, 10–13% Na2O, 0–3% K2O, 0–4% MgO, 0–4% CaO, 0–2% SrO, 1–10% BaO, 0–5% TiO2 und 1–5% ZrO2. Außerdem hat die erste Glaszusammensetzung einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 30°C und der Glasübergangstemperatur von 90 × 10–7/°C bis 120 × 10–7/°C. Eine zweite Glaszusammensetzung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält 59–66% SiO2, 7–12% Al2O3, 4–7% Li2O, 12–15% Na2O, 0–3% K2O, 0–4% MgO, 0–4% CaO, 0–2% SrO, 1–10% BaO, 0–5% TiO2 und 3–6% ZrO2. Außerdem beträgt der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen 30°C und der Glasübergangstemperatur gemäß der zweiten Glaszusammensetzung 100 × 10–7/°C bis 130 × 10–7/°C, und die Glasübergangstemperatur ist 481°C oder niedriger.A first glass composition according to a first preferred embodiment of the present invention contains 58-65% SiO 2 ; 10-15% Al 2 O 3 , 4-6% Li 2 O, 10-13% Na 2 O, 0-3% K 2 O, 0-4% MgO, 0-4% CaO, 0-2% SrO , 1-10% BaO, 0-5% TiO 2 and 1-5% ZrO 2 . In addition, the first glass composition has an average coefficient of thermal expansion between 30 ° C and the glass transition temperature of 90 × 10 -7 / ° C to 120 × 10 -7 / ° C. A second glass composition according to a second preferred embodiment of the present invention contains 59-66% SiO 2 , 7-12% Al 2 O 3 , 4-7% Li 2 O, 12-15% Na 2 O, 0-3% K 2 O, 0-4% MgO, 0-4% CaO, 0-2% SrO, 1-10% BaO, 0-5% TiO 2 and 3-6% ZrO 2 . In addition, the average coefficient of thermal expansion between 30 ° C and the glass transition temperature according to the second glass composition is 100 × 10 -7 / ° C to 130 × 10 -7 / ° C, and the glass transition temperature is 481 ° C or lower.
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung. Tatsächlich veranschaulichen die Beispiele A-1 bis A-13 die oben genannte erste Glaszusammensetzung, und die Beispiele B-1 bis B-6 veranschaulichen die oben genannte zweite Glaszusammensetzung.The following are not restrictive Examples illustrate the present invention. In fact illustrate Examples A-1 to A-13 the above first glass composition, and Examples B-1 to B-6 illustrate the above second glass composition.
BEISPIELE A-1 bis A-13 &EXAMPLES A-1 to A-13 &
VERGLEICHSBEISPIELE A-1 bis A-5COMPARATIVE EXAMPLES A-1 to A-5
Jedes dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde mit den folgenden Verfahren durchgeführt.Each of these examples and comparative examples was performed using the following procedures.
Schmelzen des GlasesMelting the glass
Verschiedene Rohmaterialien wurden gewogen und gemäß den Glaszusammensetzungen von Tabelle 1 gemischt unter Verwendung von Quarzsand als Siliciumdioxidquelle, Aluminiumoxid als Aluminiumoxidquelle, Lithiumcarbonat als Lithiumoxidquelle, Natriumcarbonat als Natriumoxidquelle, Kaliumcarbonat als Kaliumoxidquelle, Magnesiumoxid als Magnesiumoxidquelle, Calciumcarbonat als Calciumoxidquelle, Bariumcarbonat als Bariumoxidquelle, Titandioxid als Titandioxidquelle und Zirkonsand als Quelle für Zirkoniumdioxid.Different raw materials were made weighed and according to the glass compositions of Table 1 mixed using silica sand as the silica source, Aluminum oxide as aluminum oxide source, lithium carbonate as lithium oxide source, Sodium carbonate as a source of sodium oxide, potassium carbonate as a source of potassium oxide, Magnesium oxide as a source of magnesium oxide, calcium carbonate as a source of calcium oxide, Barium carbonate as a source of barium oxide, titanium dioxide as a source of titanium dioxide and zircon sand as a source for Zirconia.
Die gemischte Charge, die 3 kg Gewicht der Glaszusammensetzung entspricht, wurde in einen 2 Liter Platin-Schmelztiegel gefüllt. Nach einem Vorschmelzen während 5 Stunden bei 1300°C in einem Elektroofen, wurde sie während 5 Stunden bei 1450– 1480°C geschmolzen unter Rühren mit einem Rührer, wonach die Temperatur erniedrigt wurde, gefolgt von einer Läuterung während 2 Stunden bei 1300°C. Der Schmelztiegel wurde dann aus dem Elektroofen entfernt, und die Schmelze wurde in eine Kohlenstoffform gegossen, um einen Glasblock zu erhalten. Der Glasblock wurde dann in einen auf 500–600°C vorgeheizten Elektroofen gestellt und, nachdem das Heizen ausreichend lang aufrechterhalten wurde, so daß der Glasblock die Temperatur des Elektroofens erreicht hatte, wurde er getempert.The mixed batch, the 3 kg weight the glass composition was placed in a 2 liter platinum crucible filled. After pre-melting during 5 hours at 1300 ° C in an electric furnace, it was melted at 1450-1480 ° C for 5 hours with stirring with a stirrer, after which the temperature was lowered, followed by refining while 2 hours at 1300 ° C. The crucible was then removed from the electric furnace and the Melt was poured into a carbon mold around a glass block to obtain. The glass block was then preheated to 500-600 ° C Electric oven placed and maintained after heating sufficiently long was so that the Glass block had reached the temperature of the electric oven he annealed.
Messung der GlasviskositätMeasurement of the glass viscosity
Es wurde ein Stück des resultierenden Glases abgeschnitten und wieder erhitzt und in einem Platin-Schmelztiegel geschmolzen, gefolgt von einer Messung der Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufwies (Schmelztemperatur), und der Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 104 Poise aufwies (Arbeitstemperatur), gemäß einem bekannten Kugel-Aufzieh-Verfahren. Zusätzlich wurde ein Stück des Glases ebenfalls abgeschnitten und erhitzt und zu einer vorbestimmten Faserform geformt, gefolgt von einer Messung des Erweichungspunkts (d. h. die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 107,6 Poise aufweist), und der unteren Entspannungstemperatur (d. h. die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 1014,5 Poise aufweist). Eine Schmelztemperatur von 1450°C oder niedriger, eine Arbeitstemperatur von 1000°C oder niedriger und ein Erweichungspunkt von 700°C oder niedriger sind in der Erfindung als zufriedenstellend beurteilt worden.A piece of the resulting glass was cut and reheated and melted in a platinum crucible, followed by measurement of the temperature at which the glass had a viscosity of 10 2 poise (melting temperature) and the temperature at which the glass had a Viscosity of 10 4 poise had (working temperature), according to a known ball-drawing process. In addition, a piece of the glass was also cut and heated and formed into a predetermined fiber shape, followed by measurement of the softening point (ie the temperature at which the glass has a viscosity of 10 7.6 poise) and the lower relaxation temperature (ie Temperature at which the glass has a viscosity of 10 14 , 5 poise). A melting temperature of 1450 ° C or lower, a working temperature of 1000 ° C or lower and a softening point of 700 ° C or lower have been judged to be satisfactory in the invention.
Außerdem wurde die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 1010 Poise (bevorzugte Preßtemperatur) aufweist, bestimmt unter Verwendung von einem bekannten Viskosität-Temperatur Vergleichsausdruck gemäß Fulcher, log = A + B/(T – To) (worin A, B und To Konstanten sind, η die Viskosität ist und T die absolute Temperatur ist) von jeder der oben genannten Viskositäts- und Temperatureigenschaften. Die oben genannte Preßtemperatur ist vorzugsweise 600°C oder niedriger. Obwohl die untere Entspannungstemperatur nicht spezifiziert ist, wird ein Pressen bei Temperaturen unter ihr unmöglich.In addition, the temperature at which the glass has a viscosity of 10 10 poise (preferred pressing temperature) was determined using a known viscosity-temperature comparison expression according to Fulcher, log = A + B / (T - To) (where A, B and To are constants, η is the viscosity and T is the absolute temperature) of each of the above viscosity and temperature properties. The above pressing temperature is preferably 600 ° C or lower. Although the lower relaxation temperature is not specified, pressing at temperatures below it becomes impossible.
Messung des mittleren thermischenen Ausdehungskoeffizienten & der GlasübergangstemperaturMeasurement of the mean thermal expansion coefficient & the glass transition temperature
Es wurde ein weiteres Stück des Glasblocks abgeschnitten und zu einer vorbestimmten Stabform geformt, gefolgt von einer Bestimmung der Glasübergangstemperatur und des mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Raumtemperatur bis zur Glasübergangstemperatur unter Verwendung eines Differentialthermoausdehnungsmeters. Ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient von 90 × 10–7/°C bis 120 × 10–7/°C wurde als zufriedenstellend beurteilt.Another piece of the glass block was cut and formed into a predetermined rod shape, followed by determination of the glass transition temperature and the average thermal expansion coefficient from room temperature to the glass transition temperature using a differential thermal expansion meter. An average thermal expansion coefficient of 90 × 10 -7 / ° C to 120 × 10 -7 / ° C was judged to be satisfactory.
Ionenaustauschverstärkung und Messung der Biegefestigkeit und WasserfestigkeitIon exchange amplification and Measurement of bending strength and water resistance
Der Glasblock wurde abgetrennt und poliert zu einer 50 mm auf 10 mm rechteckigen Platte mit einer Dicke von 3 mm. Diese Glasplatte wurde einer Alkaliionenaustauschbehandlung für eine Verstärkung durch Ionenaustausch unter folgenden Bedingungen unterworfen. In den Beispielen A-1 bis A-13 und Vergleichsbeispielen A-1 bis A-3 wurden die Glasplatten durch Eintauchen während 4 Stunden in ein geschmolzenes Salz, das aus 40% Natriumnitrat und 60% Kaliumnitrat bestand, bei 400°C behandelt. In den Vergleichsbeispielen A-4 und A-5 wurden die Glasplatten durch Eintauchen während 4 Stunden in ein geschmolzenes Salz, das aus 1001 Kaliumnitrat bestand, bei 430°C behandelt. Nach der Alkaliionenaustauschbehandlung wurde die Messung der Dreipunkt-Biegefestigkeit gemäß JIS R 1601 durchgeführt, die mit einem Biegefestigkeit-Testverfahren für feine Keramiken verwandt ist. Wie vorher erwähnt wurde, wurde eine Festigkeit von 196 MPa (2000 kgf/cm2) oder darüber als zufriedenstellend in der Erfindung beurteilt, obwohl im allgemeinen eine Festigkeit von 147 MPa (1500 kgf/cm2) gefordert wird.The glass block was separated and polished to a 50 mm by 10 mm rectangular plate with a thickness of 3 mm. This glass plate was subjected to an alkali ion exchange treatment for ion exchange enhancement under the following conditions. In Examples A-1 to A-13 and Comparative Examples A-1 to A-3, the glass plates were treated by immersing them in a molten salt consisting of 40% sodium nitrate and 60% potassium nitrate at 400 ° C for 4 hours. In Comparative Examples A-4 and A-5, the glass plates were treated by immersing them in a molten salt consisting of 1001 potassium nitrate for 4 hours at 430 ° C. After the alkali ion exchange treatment, the measurement of the three-point bending strength was carried out according to JIS R 1601, which is related to a bending strength test method for fine ceramics. As previously mentioned, a strength of 196 MPa (2000 kgf / cm 2 ) or above was judged to be satisfactory in the invention, although a strength of 147 MPa (1500 kgf / cm 2 ) is generally required.
Die wie oben durch Ionenaustausch verstärkte Glasplatte wurde in 1 Liter reines Wasser bei 95°C getaucht und 40 Stunden darin gehalten und dann entfernt, gefolgt von einer Bestimmung des Gewichtsverlusts (mg) pro Einheit Oberfläche (1 cm2) infolge dieses Eintauchens. Je geringer der Gewichtsverlust ist, desto zufriedenstellender ist die Wasserfestigkeit der Glasplatte. Tatsächlich wurde ein Gewichtsverlust von 0,05 mg/cm2 oder weniger als zufriedenstellend in der Erfindung beurteilt.The glass plate reinforced by ion exchange as above was immersed in 1 liter of pure water at 95 ° C and held therein for 40 hours and then removed, followed by determination of the weight loss (mg) per unit area (1 cm 2 ) due to this immersion. The lower the weight loss, the more satisfactory the water resistance of the glass plate. In fact, a weight loss of 0.05 mg / cm 2 or less was judged to be satisfactory in the invention.
Beurteilung der GlasformbarkeitAssessment of glass formability
Der Glasblock wurde in einen Platin-Schmelztiegel gelegt, der mit einem Ausguß versehen war. Nach dem Wiedererhitien und Entschäumen wurde der Ausguß auf die Arbeitstemperatur oder darüber erhitzt. Danach wurde jede Glaszusammensetzung in eine Form aus dem Ende des Ausgusses getropft, um eine Vorglasplatte mit einer oberen freien Oberfläche und einer Größe von 20 mm Durchmesser und 5 mm Dicke herzustellen. Diese wurde dann zwischen einem oberen und unteren Formteil aus Austenitstahl und mit optischen Flächen, die mit einem Pt-Rh-Film beschichtet waren, festgeklemmt, gefolgt von einem Heißpressen bei 600°C während 10 Minuten unter einem Druck von 294 N/cm2 (30 kg/cm2), und anschließend ließ man sie auf 400°C abkühlen. Der Druck wurde dann weggenommen, und man ließ das geformte Glas abkühlen, gefolgt von einem Entfernen und Bewerten, wie folgt. Eine Oberflächenrauhigkeit, wie sie durch das Abtaststiftverfahren bestimmt wird, von 4 nm oder weniger wird im allgemeinen von einem Substratglas für Aufzeichnungsmedien von Information verlangt. Daher bestanden Bewertungs standards aus der Beurteilung, wonach eine Oberflächenrauhigkeit von 4 nm oder weniger und die Abwesenheit von Kräuselungen und Sprüngen akzeptabel sind (mit 0 angegeben) und wonach ein Defekt, wie eine Oberfächenrauhigkeit über 4 nm oder die Anwesenheit von Kräuselungen oder Sprüngen, nicht akzeptabel ist (mit X angegeben), wie in Tabelle 2 gezeigt.The glass block was placed in a platinum crucible with a spout. After reheating and defoaming, the spout was heated to or above working temperature. Thereafter, each glass composition was dropped into a mold from the end of the spout to prepare a glass front plate with an upper free surface and a size of 20 mm in diameter and 5 mm in thickness. This was then clamped between an upper and lower molded part made of austenite steel and with optical surfaces coated with a Pt-Rh film, followed by hot pressing at 600 ° C for 10 minutes under a pressure of 294 N / cm 2 ( 30 kg / cm 2 ), and then allowed to cool to 400 ° C. The pressure was then released and the molded glass allowed to cool, followed by removal and evaluation as follows. A surface roughness as determined by the stylus method of 4 nm or less is generally required of a substrate glass for information recording media. Therefore, evaluation standards consisted of the judgment that a surface roughness of 4 nm or less and the absence of ripples and cracks (indicated with 0) and that a defect such as a surface roughness above 4 nm or the presence of ripples or cracks were not is acceptable (indicated by X) as shown in Table 2.
Die Glaszusammensetzungen sind in Tabelle 1 gezeigt, und jede der oben genannten Meßergebnisse ist in Tabelle 2 gezeigt.The glass compositions are in Table 1 shown, and each of the above measurement results is shown in Table 2.
ErgebnisseResults
In den Beispielen A-1 bis A-13 waren die thermischen Eigenschaften und die Formbarkeit des Glases sowie die Biegefestigkeit und Wasserfestigkeit (Gewichtsverlust) des Glases nach dem Ionenaustausch alle zufriedenstellend, und die Biegefestigkeit insbesondere übertraf bei weitem die gewünschte Festigkeit d. h. 196 MPa (2000 kgf/cm2), während die Formbarkeit auch extrem gut war. Die Vergleichsbeispiele A-1 bis A-5 waren bei jeder oder einer Vielzahl der oben genannten thermischen Glaseigenschaften und anderen Testergebnisse schlechter.In Examples A-1 through A-13, the thermal properties and formability of the glass were and the bending strength and water resistance (weight loss) of the glass after the ion exchange were all satisfactory, and the bending strength in particular far exceeded the desired strength, ie 196 MPa (2000 kgf / cm 2 ), while the formability was also extremely good. Comparative Examples A-1 through A-5 were inferior in each or a variety of the above thermal glass properties and other test results.
BEISPIELE B-1 bis B-6 & VERGLEICHSBEISPIELE B-1 bis B-3EXAMPLES B-1 to B-6 & COMPARATIVE EXAMPLES B-1 to B-3
Jedes dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde mit den folgenden Verfahren durchgeführt.Each of these examples and comparative examples was performed using the following procedures.
Schmelzen des GlasesMelting the glass
Ein Glas wurde aus der in Tabelle 3 gezeigten chemischen Zusammensetzung erhalten unter Verwendung desselben Verfahrens wie dem von Beispiel A-1.A glass was made from the table 3 chemical composition shown obtained using the same procedure as that of Example A-1.
Messung der GlasviskositätMeasurement of the glass viscosity
Mit derselben Methode wie der von Beispiel A-1 wurden die Temperatur (Schmelztemperatur), bei der das Glas eine Viskosität von 102 Poise aufweist, die Temperatur (Arbeitstemperatur), bei der das Glas eine Viskosität von 104 Poise aufweist, der Erweichungspunkt (Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 107,6 Poise aufweist) und die untere Entspannungstemperatur (Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 1014,5 Poise aufweist gemessen. Außerdem wurde die Temperatur, bei der das Glas eine Viskosität von 1010 Poise aufweist (bevorzugte Preßtemperatur), unter Verwendung derselben Methode wie der von Beispiel A-1 bestimmt. Ähnlich wie in Beispiel A-1 wurden eine Schmelztemperatur von 1450°C oder niedriger, eine Arbeitstemperatur von 1000°C oder niedriger und ein Er weichungspunkt von 700°C oder niedriger als zufriedenstellend beurteilt. Die oben genannte Preßtemperatur ist vorzugsweise 600°C oder niedriger.Using the same method as that of Example A-1, the temperature (melting temperature) at which the glass has a viscosity of 10 2 poise, the temperature (working temperature) at which the glass has a viscosity of 10 4 poise, the softening point ( Temperature at which the glass has a viscosity of 10 7.6 poise) and the lower relaxation temperature (temperature at which the glass has a viscosity of 10 14.5 poise). The temperature at which the glass has a viscosity of 10 10 poise (preferred pressing temperature) using the same method as that of Example A-1. Similar to Example A-1, a melting temperature of 1450 ° C or lower, a working temperature of 1000 ° C or lower, and an Er The softening point of 700 ° C. or lower is judged to be satisfactory, and the above pressing temperature is preferably 600 ° C. or lower.
Messung des mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der GlasübergangstemperaturMeasurement of the mean thermal expansion coefficient and the glass transition temperature
Die Glasübergangstemperatur und der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient von Raumtemperatur bis zur Glasübergangstemperatur wurden unter Verwendung derselben Methode wie der von Beispiel A-1 bestimmt. In den Beispielen B-1 bis B-6 und den Vergleichsbeispielen B-1 bis B-3 wurde eine Glasübergangstemperatur von 481°C oder niedriger als zufriedenstellend beurteilt, während ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von 100 × 10–7/°C bis 130 × 10–7/°C als zufriedenstellend beurteilt wurde.The glass transition temperature and the average thermal expansion coefficient from room temperature to the glass transition temperature were determined using the same method as that of Example A-1. In Examples B-1 to B-6 and Comparative Examples B-1 to B-3, a glass transition temperature of 481 ° C or lower was judged to be satisfactory, while a coefficient of thermal expansion of 100 × 10 -7 / ° C to 130 × 10 -7 / ° C was judged to be satisfactory.
Herstellung eines ionenausgetauschten Glases und Messung der Biegefestigkeit und WasserfestigkeitManufacture of an ion-exchanged Glases and measurement of bending strength and water resistance
Der Glasblock wurde abgetrennt und poliert, um eine hochglanzpolierte Oberfläche zu haben, wodurch eine 50 mm auf 10 mm rechteckige Testprobe mit einer Dicke von 3 mm zum Prüfen der Biegefestigkeit und eine 50 mm auf 20 mm rechteckige Testprobe mit einer Dicke von 3 mm zum Prüfen der Wasserfestigkeit erhalten wurden. Jede Probe wurde in eine Alkaliflüssigkeit für eine Ionenaustauschbehandlung getaucht. Die Bedingungen dieser Behandlung werden unten beschrieben.The glass block was separated and polished to have a highly polished surface, creating a 50 mm to 10 mm rectangular test sample with a thickness of 3 mm for Check the bending strength and a 50 mm by 20 mm rectangular test sample with a thickness of 3 mm for testing the water resistance were obtained. Each sample was placed in an alkali liquid for one Ion exchange treatment immersed. The conditions of this treatment are described below.
Ionenaustauschflüssigkeit: Geschmolzenes Salz,
bestehend aus 40% Natriumnitrat und 60% Kaliumnitrat (1001 Kaliumnitrat
wurde für
das Natron-Kalk-Glas von Vergleichsbeispiel B-3 verwendet);
Eintauchtemperatur:
Glasübergangstemperatur
(°C) × 0,8, und
Eintauchzeit: 2 Stunden.Ion exchange liquid: Molten salt consisting of 40% sodium nitrate and 60% potassium nitrate (1001 potassium nitrate was used for the soda-lime glass of Comparative Example B-3);
Immersion temperature: glass transition temperature (° C) × 0.8, and immersion time: 2 hours.
Nach der Ionenaustauschbehandlung wurde die Probe aus der Alkaliflüssigkeit entfernt, abkühlen gelassen und gewaschen, gefolgt von der Messung der Biegefestigkeit und der Wasserfestigkeit. Diese entsprechenden Bedingungen sind unten angegeben.After the ion exchange treatment the sample was made from the alkali liquid removed, cool left and washed, followed by measurement of flexural strength and water resistance. These are corresponding conditions given below.
Biegefestigkeitsmessung: Dreipunkt-Biegefestigkeit gemäß JIS R 1601 in derselben Weise wie in Beispiel A-1. Der in Tabellen 3 und 4 gezeigte Festigkeitswert in MPa oder (kgf/cm2) stellt den Mittelwert von zehn Proben dar (Standardabweichung: etwa ± 19,6 MPa (1200 kgf/cm2)).Flexural strength measurement: three-point flexural strength according to JIS R 1601 in the same manner as in Example A-1. The strength value in MPa or (kgf / cm 2 ) shown in Tables 3 and 4 represents the mean value of ten samples (standard deviation: approximately ± 19.6 MPa (1200 kgf / cm 2 )).
Obwohl die Festigkeit von 1500 kgf/cm2 (etwa 147 MPa) oder darüber im allgemeinen gefordert wird, wurde eine Festigkeit von 2000 kgf/cm2 (etwa 196 MPa) oder darüber als zufriedenstellend beurteilt, wie oben erwähnt.Although the strength of 1500 kgf / cm 2 (about 147 MPa) or above is generally required, a strength of 2000 kgf / cm 2 (about 196 MPa) or above was judged to be satisfactory as mentioned above.
Beurteilung der Wasserfestigkeit: Die Probe wurde in Wasser unter denselben Bedingungen wie in Beispiel A-1 getaucht, gefolgt von einer Messung des Gewichtsverlusts (mg) je Einheit Oberfläche (1 cm2). Ein Gewichtsverlust von 0,05 mg/cm2 oder darunter wurde als zufriedenstellend beurteilt.Assessment of water resistance: The sample was immersed in water under the same conditions as in Example A-1, followed by measurement of weight loss (mg) per unit area (1 cm 2 ). A weight loss of 0.05 mg / cm 2 or less was judged to be satisfactory.
Glasformbarkeitglass formability
Das Glas wurde in derselben Weise wie in Beispiel A-1 gepreßt, gefolgt von einer Beurteilung gemäß denselben Standards von Beispiel A-1.The glass was made in the same way pressed as in Example A-1, followed by an assessment according to the same standards of example A-1.
Die Glaszusammensetzungen und jede der oben genannten Meßergebnisse sind in den Tabellen 3 und 4 gezeigt.The glass compositions and each of the above measurement results are shown in Tables 3 and 4.
ErgebnisseResults
In den Beispielen B-1 bis B-6 waren die thermischen Eigenschaften einschließlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Glasübergangstemperatur und dem Erweichungspunkt alle innerhalb der bevorzugten Bereiche, die chemische Verstärkung konnte bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt werden und der Grad der Verstärkung und die Wasserfestigkeitsleistung des verstärkten Glases waren zufriedenstellend. Der Grad der Verstärkung und die Wasserfestigkeit der Vergleichsbeispiele B-1 und B-2 waren schlechter. In Vergleichsbeispiel B-3 (Natron-Kalk-Glas) war die Glasübergangstemperatur hoch, und die Formbarkeit war schlechter.In Examples B-1 through B-6 were the thermal properties including the coefficient of thermal expansion, the glass transition temperature and the softening point all within the preferred ranges, chemical amplification could be done at a low temperature and the degree of reinforcement and the waterproof performance of the reinforced glass was satisfactory. The degree of reinforcement and the water resistance of Comparative Examples was B-1 and B-2 worse. In Comparative Example B-3 (soda-lime glass) that was Glass transition temperature high, and the formability was poor.
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